Johdanto
Polypropeeni (PP) on usein käytetty raaka-aine ohuiden kalvojen, kuten akkujen erotuskalvojen, valmistukseen. Tämä kokeilu aloitettiin PP-kalvojen käsittelyssä ilmenneen ongelman vuoksi. Tietyistä PP-raakarake-eristä saadut tuotteet rikkoutuivat helposti, kun taas toisista eristä saadut tuotteet olivat hyvälaatuisia. Tavoitteena oli selvittää syy tähän ja ennen kaikkea luoda menetelmä PP-raakarakeiden luotettavaa laadunvalvontaa varten. Ihannetapauksessa tämä laadunvalvontamenetelmä toteutettaisiin perus-DSC:llä tai TGA:lla.
Kokeelliset olosuhteet
Kerättiin useita "hyviä" näytteitä (merkintä OK) ja "huonoja" näytteitä (merkintä NOK).
Sulamis-/jäähdytyskokeet tehtiin DSC 214 Polyma-laitteella. Näytteet kuumennettiin huoneenlämpötilasta (RT) 200 °C:seen nopeudella 10 K/min, minkä jälkeen ne jäähdytettiin RT:seen nopeudella -10 K/min, minkä jälkeen ne kuumennettiin uudelleen 200 °C:seen nopeudella 10 K/min. Testausilmakehä oli N2; näytekoko oli noin 10 mg.
Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-testinäytteet tehtiin lisäksi DSC 214 Polyma-laitteella. Näytteet kuumennettiin RT:stä 200 °C:seen N2:ssa 10 K/min, minkä jälkeen niitä pidettiin isotermisessä lämpötilassa 200 °C:ssa 5 minuutin ajan. Tämän jälkeen ilmakehä vaihdettiin O2:een (puhtaaseen) ja aika vaihtopisteestä hapettumisen alkamiseen kirjattiin. Näytekoko oli noin 10 mg.
Pyrolyysitestit tehtiin TG 209 -laitteella F3 Tarsus® . Näytteitä kuumennettiin RT:stä 800 °C:seen 10 K/min nopeudella N2:ssa. Näytekoko oli noin 10 mg.
Tulokset ja keskustelu
1. Vika-analyysi
1.1. Sulamiskäyttäytyminen
Ensimmäisessä vaiheessa kaikkien näytteiden sulamiskäyttäytymistä verrattiin sen selvittämiseksi, oliko niissä epäpuhtauksia eli muita polymeerikomponentteja. Kuten kuvasta 1 käy ilmi, joissakin DSC-käyrissä on PP:n noin 169 °C:n pääsulamispiikin ohella nähtävissä small EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen piikki 148 °C:ssa. Tämä saattaa johtua toisesta polymeerikomponentista tai lisäaineesta. Tällaista eroa ei kuitenkaan voida pitää laadunvalvontakohteena, koska tämä small piikki esiintyy sekä OK- että NOK-näytteissä.
1.2. Pyrolyysikäyttäytyminen
Epäpuhtauksien olemassaolon varmistamiseksi TGA-pyrolyysituloksia verrattiin kuvassa 2. Näyttää siltä, että sekä OK- että NOK-näytteiden painohäviö oli 100 prosenttia, eikä niiden välillä ollut selvää eroa koko pyrolyysimenettelyn aikana.
polymeerimateriaalien "hauraus" voi johtua eri tavoin stabiloiduista materiaaleista. Tietoa polymeerin stabiloitumisesta voidaan erottaa Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-mittausten avulla. Siksi näille näytteille odotettiin erilaisia Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-mittauksia; tällaisia tuloksia voitaisiin sitten käyttää QC-kynnysarvona. Valitettavasti, kuten kuvasta 3 käy ilmi, OK- ja NOK-näytteiden välillä ei ollut merkittäviä Oksidatiivisen induktion aika (OIT) ja oksidatiivisen alkamislämpötila (OOT)Oksidatiivinen induktioaika (isoterminen OIT) on suhteellinen mittari, jolla mitataan (stabiloidun) materiaalin vastustuskykyä hapettuvalle hajoamiselle. Oksidatiivinen induktiolämpötila (dynaaminen OIT) tai oksidatiivinen alkamislämpötila (Oxidative-Onset Temperature, OOT) on (stabiloidun) materiaalin oksidatiivisen hajoamisen vastustuskyvyn suhteellinen mitta.OIT-eroja.
1.4. Kiteytymiskäyttäytyminen
PP-kalvojen valmistusprosessiin kuuluu PP-rakeiden sulattaminen, jota seuraa ekstruusioprosessi. Jäähdytysprosessin on täytynyt tapahtua, jotta KiteytyminenKiteytyminen on fysikaalinen kovettumisprosessi, joka tapahtuu kiteiden muodostuessa ja kasvaessa. Tämän prosessin aikana vapautuu kiteytymislämpöä.kiteytyminen olisi käynnistynyt. Koska kiteytymiskäyttäytyminen voi olla myös lopputuotteen laatuun vaikuttava tekijä, jäähdytyskäyriä verrattiin. Kuten kuvasta 4 käy ilmi, OK- ja NOK-näytteiden kiteytymiskäyttäytymisessä on huomattavia eroja. Ensinnäkin OK-näytteiden kiteytymisen alkamisajankohta (~115 °C) on paljon alhaisempi kuin NOK-näytteiden (~119 °C). Tämä tarkoittaa, että NOK-näytteet kiteytyvät helpommin. Lisäksi NOK-näytteiden DSC-piikin oikean puolen kaltevuus näyttää olevan jyrkempi kuin OK-näytteiden. Tämä tarkoittaa, että NOK-näytteet kiteytyvät myös nopeammin kuin OK-näytteet.
1.5. Yhteenveto epäonnistumisesta
Analyysi Aiempien mittausten ja keskustelujen perusteella voidaan olettaa, että "hauraan kalvon" ongelma johtuu todennäköisesti raaka-aineiden erilaisesta kiteytymiskäyttäytymisestä. Jos raaka-aineet kiteytyvät helpommin (korkeampi alkamisaste) tai kiteytyvät nopeammin (jyrkempi kaltevuus), tuotekalvot rikkoutuvat helpommin. Ero kiteytymisessä voi johtua erilaisista pitoisuuksista ydintymisaineiden, mikrohiukkasten jne. suhteen.
2. Laadunvalvontakriteeri
Edellä esitetyn päätelmän perusteella laadunvalvontakriteeri voidaan keskittää kiteytymiskäyttäytymiseen. Yksinkertaisempi ratkaisu olisi käyttää kiteytymisen alkamislämpötilaa QC-kynnyksenä. Tämä edellyttäisi kuitenkin manuaalista arviointia (operaattorin toimesta), ja "epäideaalisten" kiteytymishuippujen ja -perusviivojen tapauksessa saattaisi ilmetä kriittisiä ongelmia. Lisäksi alkamislämpötila ei voi kuvastaa koko tilannetta kiteiden liukenemiskäyttäytymisen osalta. Kiteytymiskäyttäytymisen vertailemiseksi kattavammin NETZSCH tarjoaa ihanteellisen työkalun: ratkaisun nimeltä Identify.
Yksinkertaisesti sanottuna Identify avulla on mahdollista rakentaa tietokanta OK-näytteiden jäähdytyskäyristä. Ohjelmisto voi sitten verrata niitä saapuvien PP-rakeita koskevien jäähdytyskäyrien kanssa ja määrittää, ovatko saapuvat PP-raaka-aineet "QC Pass" vai "Fail".
Tätä tapausta varten loimme Identify -tietokantaan luokan, jossa oli kolmen OK-näytteen jäähdytyskäyrät. Todellisessa skenaariossa olisi tietysti suositeltavaa käyttää useampia käyriä, jotta luokan muodostaminen olisi luotettavampaa.
Kuten kuvista 6 ja 7 käy ilmi, on mahdollista laskea OK- ja NOK-näytteiden jäähdytyskäyrien samankaltaisuus luokan kanssa. OK-näytteiden osalta samankaltaisuus on yli 99 prosenttia ja NOK-näytteiden osalta alle 99 prosenttia. Sen vuoksi on järkevää asettaa samankaltaisuuskynnykseksi 99 prosenttia. Toisin sanoen näytteitä voidaan pitää hyväksyttyinä, kun jäähdytyskäyrän samankaltaisuus OK-luokan kanssa on yli 99 prosenttia. Itse asiassa Identify -toiminto tarjoaa toiminnon, jolla tämä QC-tarkistus voidaan suorittaa automaattisesti.
Kuten kuvassa 8 näkyy, käyttäjä voi määrittää "Lisäasetukset"-ikkunassa kynnysarvon (tässä tapauksessa 99 %). Tämän jälkeen, kun näytteen jäähdytyskäyrä ladataan Proteus® -ohjelmistoon ja Identify käynnistetään, käyrän samankaltaisuus luokan kanssa lasketaan ja QC-merkintä "FAIL" tai "PASS" ilmestyy automaattisesti ennalta määritetyn QC-kynnyksen perusteella (kuva 9).
Päätelmä
Nämä DSC- ja TGA-mittausten testisarjat suoritettiin, jotta löydettäisiin vikaantumisen syy. Todettiin, että PP-kalvojen laatu riippuu PP-rakeiden kiteytymiskäyttäytymisestä.
DSC-jäähdytyskäyrän kiteytymisen alkamislämpötilaa on mahdollista käyttää yksinkertaisena laadunvalvontamenetelmänä.
Kattavampaan ja luotettavampaan ratkaisuun päästään kuitenkin soveltamalla NETZSCH Identify vertaamaan näytteen DSC-jäähdytyskäyrää referenssiluokkaan, joka voidaan muodostaa useista OK-näytteiden jäähtymiskäyristä. Identify voi laskea näytteen käyrän samankaltaisuuden luokan kanssa ja esittää QC-tulokset automaattisesti ennalta määritellyn QC-kynnyksen avulla.